Abstract Next-generation polarized mid-infrared imaging systems generally requires miniaturization, integration, flexibility, good workability at room temperature and in severe environments, etc. Emerging two-dimensional materials provide another route to meet these demands, due to the ease of integrating on complex structures, their native in-plane anisotropy crystal structure for high polarization photosensitivity, and strong quantum confinement for excellent photodetecting performances at room temperature. However, polarized infrared imaging under scattering based on 2D materials has yet to be realized. Here we report the systematic investigation of polarized infrared imaging for a designed target obscured by scattering media using an anisotropic tellurium photodetector. Broadband sensitive photoresponse is realized at room temperature, with excellent stability without degradation under ambient atmospheric conditions. Significantly, a large anisotropic ratio of tellurium ensures polarized imaging in a scattering environment, with the degree of linear polarization over 0.8, opening up possibilities for developing next-generation polarized mid-infrared imaging technology.

Nowadays, efficient performance, functional diversification, device miniaturization and systematic integration are the trends for developing new electronic information technology. However, photodetectors with only optoelectronic detection functions cannot satisfy the growing demands of the multifunction required in single devices. This paper presents a MoS2/WS2/h-BN van der Waals heterojunction device realizing multifunctional applications which integrated self-powered high-performance photodetection, visualization, nonvolatile memory, and synaptic simulation. The heterojunction achieves a high responsivity of 9.28 A/W, an excellent specific detectivity of 6.1×1012 Jones, a large external quantum efficiency of 2358 %, a considerable on/off ratio of 7×105 and an ultrafast response time of 0.6 μs at 1 V bias under 488 nm laser irradiation. Besides, the photodetector shows excellent photovoltaic characteristics with a short-circuit current of 0.22 μA and an open-circuit voltage of 0.34 V. Moreover, the device also shows a favorable optical response to 532 and 633 nm lasers. The device also realizes visualization and can be used as an imaging sensor. In addition, the device integrates nonvolatile memory function due to the charge storage effect of h-BN and h-BN/SiO2 interface. Furthermore, biological synaptic functions, such as the memory process, short- and long-term plasticity, and double pulse facilitation, are also successfully simulated. This work realizes the high-performance and multifunctional applications of MoS2/WS2/h-BN device based on a new strategy of utilizing h-BN as a heterojunction substrate.

This review explores the growing interest in 2D layered materials, such as graphene, h-BN, transition metal dichalcogenides (TMDs), and black phosphorus (BP), with a specific focus on recent advances in strain engineering. Both experimental and theoretical results are delved into, highlighting the potential of strain to modulate physical properties, thereby enhancing device performance. Various strain engineering methods are summarized, and the impact of strain on the electrical, optical, magnetic, thermal, and valleytronic properties of 2D materials is thoroughly examined. Finally, the review concludes by addressing potential applications and challenges in utilizing strain engineering for functional devices, offering valuable insights for further research and applications in optoelectronics, thermionics, and spintronics.

Biological neural circuits demonstrate exceptional adaptability to diverse tasks by dynamically adjusting neural connections to efficiently process information. However, current two-dimension materials-based neuromorphic hardware mainly focuses on specific devices to individually mimic artificial synapse or heterosynapse or soma and encoding the inner neural states to realize corresponding mock object function. Recent advancements suggest that integrating multiple two-dimension material devices to realize brain-like functions including the inter-mutual connecting assembly engineering has become a new research trend. In this work, we demonstrate a two-dimension MoS2-based reconfigurable analog hardware that emulate synaptic, heterosynaptic, and somatic functionalities. The inner-states and inter-connections of all modules co-encode versatile functions such as analog-to-digital/digital-to-analog conversion, and linear/nonlinear computations including integration, vector-matrix multiplication, convolution, to name a few. By assembling the functions to fit with different environment-interactive demanding tasks, this hardware experimentally achieves the reconstruction and image sharpening of medical images for diagnosis as well as circuit-level imitation of attention-switching and visual residual mechanisms for smart perception. This innovative hardware promotes the development of future general-purpose computing machines with high adaptability and flexibility to multiple tasks. This study introduces a reconfigurable MoS2-based neuromorphic hardware that integrates synaptic, heterosynaptic, and somatic functionalities. It adapts to diverse tasks like medical image enhancement and smart perception, advancing flexible, general-purpose computing solutions.

Nonlinear optical responses in two-dimensional (2D) materials can build free-space optical neuromorphic computing systems. Ensuring the high performance and the tunability of the system is essential to encode diverse functions. However, common strategies, including the integration of external electrode arrays or photonic structures with 2D materials, and barely patterned 2D materials, exhibit a contradiction between performance and tunability. Because the unique band dispersions of 2D materials can provide hidden paths to boost nonlinear responses independently, here we introduced a new free-space optical computing concept within a bare molybdenum disulfide array. This system can preserve high modulation performance with fast speed, low energy consumption, and high signal-to-noise ratio. Due to the freedom from the restrictions of fixed photonic structures, the tunability is also enhanced through the synergistic encodings of the 2D cells and the excitation pulses. The computing mechanism of transition from two-photon absorption to synergistic excited states absorption intrinsically improved the modulation capability of nonlinear optical responses, revealed from the relative transmittance modulated by a pump-probe-control strategy. Optical artificial neural network (ANN) and digital processing were demonstrated, revealing the feasibility of the free-space optical computing based on bare 2D materials toward neuromorphic applications. Nonlinear optical effects in 2D materials can be used for neuromorphic computing systems. Here, the authors introduced free-space optical computing within a bare MoS2 array. Neural network and digital processing were demonstrated, showing fast speed, low energy consumption, and high signal-to-noise ratio.